(57)【要約】【課題】  多くの結晶試料に対し容易かつ迅速な測定・評価を実現する。【解決手段】  Ｘ線回折装置の試料ステージに装着される結晶試料ホルダであって、ホルダ本体２と、このホルダ本体２に設けられた複数の試料マウント部３と、各試料マウント部３を所定の方向に回転させる試料回転機構とを備える。試料回転機構は、所定のω軸を中心にＸ線源およびＸ線検出器が回転するＸ線回折装置に対し、当該ω軸と交差する回転軸を中心として、試料マウント部３に保持された試料を回転させる構成である。【選択図】      図１
2005055241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線回折装置の試料ステージに装着される結晶試料ホルダであって、
ホルダ本体と、このホルダ本体に設けられた複数の試料マウント部と、前記各試料マウント部を所定の方向に回転させる試料回転機構と、を備えたことを特徴とする結晶試料ホルダ。
【請求項２】
所定のω軸を中心にＸ線源およびＸ線検出器が回転するＸ線回折装置に対し、
前記試料回転機構は、ω軸と交差する回転軸を中心に前記試料マウント部に保持された試料を回転させる構成であることを特徴とする請求項１に記載した結晶試料ホルダ。
【請求項３】
請求項１又は２の結晶試料ホルダを装着するとともに、当該結晶試料ホルダに保持された任意の試料を所定の測定位置へ位置決めする移動自在な試料ステージと、
前記測定位置に配置された試料に対しＸ線を照射するＸ線源、前記測定位置に配置された試料から回折してきたＸ線を検出するＸ線検出器、およびこれらＸ線源とＸ線検出器を所定のω軸を中心に一体に回転させる回転駆動機構を含むＸ線回折装置と、を備えた結晶評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線の回折現象を利用してタンパク質結晶等の結晶試料を測定・評価するための結晶評価システムと、このシステムに用いられる結晶試料ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡの二重らせん構造が発見されて以来、ゲノム計画の展開と相まって、タンパク質の構造解析が世界的に注目を集めている。タンパク質の構造解析には、ＮＭＲ（核磁気共鳴装置）を用いた手法、電子顕微鏡を用いた手法、Ｘ線の回折現象を利用した手法等が開発されており、特に、Ｘ線の回折現象を利用したＸ線結晶構造解析は、イメージングプレート等の二次元Ｘ線検出器や二次元データからの解析ソフトウエア等の開発に伴い飛躍的な進展をみせている。
【０００３】
従来、Ｘ線の回折現象を利用したタンパク質の結晶構造解析は、まず溶液中でタンパク質を結晶化させて得られたタンパク質の結晶粒を、キャピラリーと称するガラス製の細管に注入し、この状態で一つ一つＸ線回折装置に装填して行われていた。従来は、一回の測定が終了する都度、この試料装填操作を手作業をもって行う必要があり、きわめて煩雑であり多数の結晶試料を迅速に測定・評価するには適さなかった。
【０００４】
例えば、人体を構成するタンパク質は５万〜１０万種類にも及ぶとされており、それら多くのタンパク質の構造を短期間で解明することが、近年の構造生物学における緊急の課題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、多くの結晶試料に対し容易かつ迅速な測定・評価を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の結晶試料ホルダは、Ｘ線回折装置の試料ステージに装着される結晶試料ホルダであって、ホルダ本体と、このホルダ本体に設けられた複数の試料マウント部と、各試料マウント部を所定の方向に回転させる試料回転機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように、複数の試料マウント部を有することで、複数の試料をまとめて保持してＸ線回折装置の試料ステージに装着することができるので、一回の測定が終了するたびに試料の装填操作を実施する手間が省け、作業性が向上するとともに多数の試料を迅速に測定・評価することが可能となる。
【０００８】
ところで、図４（ａ）に示すように、結晶試料Ｓを通る所定のω軸を中心にＸ線源１００とＸ線検出器とを回転させてＸ線回折測定を実施した場合、同図（ｂ）に示すごとく回折Ｘ線の検出領域Ａ内に、ω軸を中心として回折Ｘ線が検出されない一定の結晶学的ブラインド領域Ｂができることは避けられない。
そこで、本発明の結晶試料ホルダは、各試料マウント部を所定の方向に回転させる試料回転機構を備えた構成とし、これにより入射Ｘ線に対する結晶方位を変えて結晶学的ブラインド領域のない高精度なＸ線回折測定を実現できるようにしている。
【０００９】
具体的には、所定のω軸を中心にＸ線源およびＸ線検出器が回転するＸ線回折装置に対して、上記試料回転機構は、ω軸と交差する回転軸を中心に試料マウント部に保持された試料を回転させる構成とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の結晶評価システムは、上述した本発明の結晶試料ホルダを装着するとともに、当該結晶試料ホルダに保持された任意の試料を所定の測定位置へ位置決めする移動自在な試料ステージと、
測定位置に配置された試料に対しＸ線を照射するＸ線源、測定位置に配置された試料から回折してきたＸ線を検出するＸ線検出器、およびこれらＸ線源とＸ線検出器を所定のω軸を中心に一体に回転させる回転駆動機構を含むＸ線回折装置と、を備えた構成としてある。
【００１１】
これにより、結晶試料ホルダに保持された複数の結晶試料を、試料ステージの移動をもって容易に測定位置へ位置決めすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、多くの結晶試料に対し容易かつ迅速な測定・評価を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の結晶試料ホルダの構成例を示す平面図である。
結晶試料ホルダ１は、ホルダ本体２と、このホルダ本体２に設けられた複数の試料マウント部３と、各試料マウント部３を所定の方向に回転させる試料回転機構と、を備えている。
【００１４】
ホルダ本体２は、内側に試料配置空間２ａを形成した四辺からなる枠体で構成してあり、対向する二辺にそれぞれ複数（図では各３つ）の試料マウント部３が設けてある。
試料マウント部３は、結晶試料Ｓを保持する機能を有しており、試料回転機構の構成要素であるベアリングなどの軸受部材４を介して、ホルダ本体２に回転自在に支持されている。試料マウント部３の先端部は、ホルダ本体２の内側へ向かって突き出しており、当該先端部に結晶試料Ｓを保持する。
【００１５】
試料マウント部３は、結晶試料Ｓを保持可能な種々の構成を採用することができるが、結晶試料Ｓをがたつくことなく一定の姿勢で保持できる構成であることが好ましい。また、熟練を要することなく容易に結晶試料Ｓを保持させることが可能な構成であることが好ましい。
例えば、試料マウント部３は、結晶試料Ｓを封入したキャピラリーチューブを差し込む支持孔と、この支持孔に差し込まれたキャピラリーチューブを固定する締結具とで構成することができる。また、金属部を有する試料容器をマグネットを利用しワンタッチで保持する構成であってもよい。
【００１６】
試料回転機構は、ホルダ本体２に装着された軸受部材４と、試料マウント部３を回転駆動するアクチュエータ５とで構成されている。アクチュエータ５の駆動源としては、正確な回転角制御が可能なパルスモータやサーボモータが好ましい。駆動源は、図示しない制御装置によって回転制御される。
【００１７】
また、試料回転機構は、外部に設けた駆動源からの駆動力を受けて、試料マウント部３を回転駆動する構成であってもよい。例えば、試料マウント部３の基端に従動歯車を設け、これに噛み合う駆動歯車機構を外部の駆動モータで回転駆動する構成を採ることもできる。
【００１８】
さらにまた、ホルダ本体２の一辺に並べて設けた各試料マウント部３に対して、共通の駆動源をもって一括して回転駆動する構成を採ることもできる。例えば、各試料マウント部３の基端にピニオンギヤを設け、これらに噛み合うラックをモータによって駆動させる構成とすることもできる。
【００１９】
上述した試料回転機構は、後述するＸ線回折装置のω軸と交差する回転軸を中心に、試料マウント部３に保持された試料を回転させる。
【００２０】
次に、このような結晶試料ホルダ１を用いた結晶評価システムについて説明する。
図２は、本実施形態に係る結晶評価システムを示す概略正面図である。
結晶評価システムは、結晶試料ホルダ１に保持された任意の試料を所定の測定位置へ位置決めする移動自在な試料ステージ１１と、Ｘ線回折装置とを備えている。
【００２１】
結晶試料ホルダ１は、システム本体４０に設置された試料ステージ１１に装着される。この試料ステージ１１は、水平面上の直角２方向（図示Ｘ，Ｙ方向）と、垂直方向（図示Ｚ方向）に移動可能なＸ−Ｙ−Ｚテーブルで構成され、さらに結晶試料ホルダ１を水平面内で回転可能な回転テーブルも備えている。
【００２２】
試料ステージ１１の上面には結晶試料ホルダ１を水平配置するための試料配置部１１ａが形成されている。試料配置部１１ａの床面には、図示しないが、後述するように下方から照射されるＸ線を透過するための開口が形成されている。さらに、試料ステージ１１には、試料配置部１１ａに結晶試料ホルダ１を固定するためのホルダ固定機構１２が設置されている。ホルダ固定機構１２は、例えば、アクチュエータの駆動によって出没する固定ピンにより、結晶試料ホルダ１を押圧固定する構成となっている。また、このとき結晶試料ホルダ１の試料回転機構と電気的接続をとったり、場合によっては駆動伝達機構と係合できるようになっている。
【００２３】
本実施形態の結晶試料ホルダ１によれば、複数の結晶試料Ｓをそのまま試料ステージ１１上に配置することができるので、試料ステージ１１の水平移動によって複数の結晶試料Ｓを、連続的に測定・評価することが可能となる。
【００２４】
Ｘ線回折装置は、測定位置に配置された試料に対しＸ線を照射するＸ線照射ユニット２０と、測定位置に配置された試料から回折してきたＸ線を検出するＸ線検出器３０と、これらＸ線照射ユニット２０およびＸ線検出器３０を所定のω軸を中心に一体に回転させる回転駆動機構５１を含む構成となっている。
【００２５】
Ｘ線照射ユニット２０は、Ｘ線源２１とＸ線光学系２２を含んでいる。Ｘ線源２１には、電子銃とターゲットを内蔵したラボ用のＸ線発生器が用いられる。この種のＸ線発生器は、放射光を発生させる大規模Ｘ線発生設備と異なり、寸法および重量が格段に小さい。そのため、後述するように回転アーム５０に搭載して回転駆動することが可能である。
【００２６】
Ｘ線光学系２２は、Ｘ線源２１から取り出されたＸ線のうち、特定波長のＸ線のみを選別したり（単色化）、試料ステージ１１上の試料配置部１１ａへＸ線を収束する等の機能を有し、コンフォーカルミラーやコリメータ等の光学機器の組合せをもって構成されている。
【００２７】
Ｘ線検出器３０には、二次元Ｘ線検出器が用いられる。特に、本実施形態では、Ｘ線検出器３０としてＣＣＤを用いており、平面上に検出される回折Ｘ線の強度を電気信号に変換して、図示しないデータ処理用コンピュータへ出力するように構成されている。
【００２８】
上述したＸ線照射ユニット２０およびＸ線検出器３０は、回転アーム５０にそれぞれ搭載されている。なお、回転アーム５０の形状は任意であり、例えば、板状であっても棒状であってもよい。この回転アーム５０の一端部にＸ線照射ユニット２０が搭載され、他端部にＸ線検出器３０が対向するように搭載されている。
【００２９】
回転アーム５０の中心部は、回転駆動機構５１の回転軸５１ａに装着されており、回転駆動機構５１により回転軸中心に任意の角度回転可能となっている。この回転駆動機構５１の回転軸５１ａの中心線がω軸であり、ω軸はほぼ水平に配置されている。そして、Ｘ線照射ユニット２０から放射されるＸ線の光軸は、このω軸と交わるように調整されている。ここで、Ｘ線照射ユニット２０から放射されるＸ線の光軸とω軸との交点が測定位置である。
【００３０】
回転駆動機構５１は、例えば、ステッピングモータ等の高精度に回転角度を制御可能な駆動モータと、その回転を回転軸５１ａに伝達する歯車機構とで構成されており、駆動モータは、図示しない制御コンピュータによって、回転角度が高精度に制御されている。回転角度は、正逆両方向へ４５°程度の範囲で任意に制御できるようにすることが好ましい。
【００３１】
本実施形態では、回転アーム５０に搭載されたＸ線照射ユニット２０を試料ステージ１１の下方に配置するとともに、Ｘ線検出器３０を試料ステージ１１の上方に配置してあり、試料ステージ１１上の結晶試料ホルダ１に保持された結晶試料Ｓに対して下方からＸ線を照射し、結晶試料Ｓで反射してきた回折Ｘ線を、結晶試料Ｓの上方でＸ線検出器３０により検出する構成となっている。
なお、Ｘ線照射ユニット２０とＸ線検出器３０の配置を上下逆転して、Ｘ線照射ユニット２０を試料ステージ１１の上方に配置するとともに、Ｘ線検出器３０をその下方に配置することもできる。
【００３２】
ここで、Ｘ線検出器３０には、検出位置調整機構３１が付設されている。検出位置調整機構３１は、Ｘ線検出器３０を回転半径方向（図示ａ方向）に移動させるとともに、試料ステージ１１と平行な一方向（図示ｂ方向）に移動させる機構である。
図２に示す構成例では、検出位置調整機構３１を、回転アーム５０に設置された第１の案内レール３２と、この第１の案内レール３２に沿って移動可能な第１の移動台３３と、この移動台３３から図示ｂ方向に延出する第２の案内レール３４と、この第２の案内レール３４に沿って移動可能な第２の移動台（図示せず）と、これら各移動台を駆動する駆動モータ（図示せず）とで構成してあり、第２の移動台にＸ線検出器３０が固定されている。
【００３３】
また、本実施形態の結晶評価装置は、結晶試料ホルダ１内にある結晶試料Ｓの位置を確認するための撮像カメラ（画像形成手段）を備えている。この撮像カメラは、試料ステージ１１と同じくシステム本体４０に設置されており、結晶試料ホルダ１に保持された結晶試料Ｓを離間した位置から拡大してとらえるための望遠鏡６１と、当該結晶試料Ｓの像を望遠鏡６１へ向けて反射する反射ミラー６２と、望遠鏡６１で拡大された結晶試料Ｓの画像を撮影するＣＣＤ６３とを含んでいる。
【００３４】
これら反射ミラー６２、望遠鏡６１、ＣＣＤ６２を含む構成の撮像カメラは、試料ステージ１１上の試料ホルダに対して接近又は離間できるようにシステム本体４０へ移動可能に設置されており、Ｘ線測定に際しては結晶試料ホルダ１から離間した位置に退避させておく。
【００３５】
ＣＣＤ６２により撮像した結晶試料ＳＳの画像は、図示しない制御コンピュータにより画像処理されて、ディスプレーに表示される。そして、ＣＣＤ６２の撮像位置から制御コンピュータが結晶試料Ｓの位置を認識して、上記検出位置調整機構３１や回転駆動機構５１を制御することが可能となる。
【００３６】
上述した構成の結晶評価システムは、次の動作をもって結晶試料Ｓを測定することができる。
まず、試料ステージ１１に結晶試料ホルダ１を配置する。この配置動作は、搬送ロボットを併設して、自動的に行うことも可能である。次いで、Ｘ線照射ユニット２０から放射されるＸ線の光軸とω軸とが交差する測定位置に、結晶試料ホルダ１に保持された任意の結晶試料Ｓを位置決めする。この位置決めは、試料ステージ１１をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動調整して行われる。
このように結晶試料Ｓが測定位置へ位置決めされると、結晶試料ホルダ１による当該結晶試料Ｓの回転軸がω軸と交差することになる。
【００３７】
結晶試料ホルダ１で保持する結晶試料Ｓの位置が、前工程であらかじめ検出されていれば、当該検出結果に基づいて制御コンピュータが試料ステージ１１をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動調整して自動的に結晶試料Ｓの位置決めが実行される。一方、結晶試料Ｓの位置があらかじめ検出されていない場合や、搬送中の振動等により結晶試料ホルダ１に保持された結晶試料Ｓの位置にずれが生じた場合にあっては、撮像カメラにより結晶試料Ｓの位置を確認して位置決めすることができる。
【００３８】
また、必要に応じて結晶試料ＳとＸ線検出器３０との間の距離を調整する。結晶試料ＳにＸ線検出器３０を近づけるほど、結晶試料Ｓから放射状に反射してくるＸ線の回折斑点を広い角度範囲で検出することができる。しかし、結晶試料Ｓの逆格子密度が高い場合、結晶試料ＳにＸ線検出器３０を近づけると、結晶試料Ｓから放射状に反射してくるＸ線の回折斑点が重なり合って検出されてしまうおそれがある。そこで、検出位置調整機構３１をもってＸ線検出器３０を図２のａ方向に移動調整することで、結晶試料ＳとＸ線検出器３０との間の距離を適宜調整し好適な検出データを得ることが可能となる。
さらに、検出位置調整機構３１をもってＸ線検出器３０を図２のｂ方向に移動調整することで、結晶試料Ｓから放射状に反射してくる回折Ｘ線の検出範囲を変更することもできる。
【００３９】
結晶試料ＳやＸ線検出器３０を位置決めした後、Ｘ線照射ユニット２０からＸ線を放射してＸ線回折測定を実行する。図３に示すように、Ｘ線照射ユニット２０から放射されたＸ線は、測定位置に位置決めされた結晶試料Ｓに下方から入射する。そして、結晶試料Ｓからは放射状に回折Ｘ線が反射して、この回折Ｘ線がＸ線検出器３０で検出される。図示しないデータ処理用コンピュータは、検出された回折Ｘ線の強度データに基づき結晶評価や結晶構造解析を実行する。
【００４０】
また、結晶試料Ｓに対して様々な角度からＸ線を照射して回折Ｘ線の強度を検出する場合には、回転駆動機構５１により回転アーム５０を回転駆動して、結晶試料Ｓの格子面に対するＸ線照射ユニット２０およびＸ線検出器３０の角度を調整し、上記Ｘ線回折測定を繰り返す。しかし、この操作だけでは既述したようにω軸を中心とした回転だけであるため、測定されない結晶学的ブラインド領域Ｂが生じる（図４参照）。
【００４１】
そこで、結晶試料ホルダ１の試料回転機構を作動して、試料マウント部３を回転させ、ω軸と交差する回転軸（χ軸）を中心に結晶試料Ｓを回転させることで、入射Ｘ線に対する結晶方位を変えて結晶学的ブラインド領域のない高精度なＸ線回折測定を実現することができる。
【００４２】
さらに、必要に応じて、試料ステージ１１を水平面上で回転させて、いっそう多面的な角度からのＸ線回折測定を実施することができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の結晶評価システムは、タンパク質の結晶評価以外にも利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、蛋白質の結晶評価をはじめとする種々の結晶試料に対するＸ線回折測定による結晶評価システムに応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る結晶試料ホルダを示す概略平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る結晶評価システムを示す概略正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る結晶評価システムによる測定原理を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）は従来装置の動作を模式的に示した図、（ｂ）は従来装置で生じる試料の結晶学的ブラインド領域を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    結晶試料ホルダ
２    ホルダ本体
３    試料マウント部
４    軸受部材
５    アクチュエータ
１１    試料ステージ
１１ａ  試料配置部
１２    ホルダ固定機構
２０    Ｘ線照射ユニット
２１    Ｘ線源
２２    Ｘ線光学系
３０    Ｘ線検出器
３１    検出位置調整機構
４０    システム本体
５０    回転アーム
５１    回転駆動機構
５１ａ  回転軸
６１    望遠鏡
６２    反射ミラー
６３    ＣＣＤ
【図１】
2005055241.tif 000003
【図２】
2005055241.tif 000004
【図３】
2005055241.tif 000005
【図４】
2005055241.tif 000006